MSP430程序库<四>printf和scanf函数移植

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opoloio9|  楼主 | 2019-1-22 16:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 zhangmangui 于 2019-1-22 22:17 编辑

printf 和scanf函数是C语言中最常用的输入出函数,从学习C语言开始,就开始使用这两个函数,然而当写用C语言写单片机程序时却不能使用这两个函数,总觉得单片机的C语言和一般的C语言差别很大,写起来不大方便;其实,单片机的C语言也是标准C语言上扩展或是改动的,都支持格式化输入输出函数(printf 和scanf);事实上,printf,scanf只负责格式化输入输出的字符,至于从哪儿输入,输出到哪儿,他们分别依靠getchar和putchar函数,只要实现单片机上的getchar函数和putchar函数,即可正常使用printf函数和scanf函数,这可以给我们单片机的信息交互带来很多方便。下面我们就来实现他们的移置。
  • 硬件介绍:
    硬件部分只需字符型输入输出设备:scanf从输入字符型设备读取字符,printf输出到字符型输出设备。在这里,我选用的字符型输入设备是超级终端,通过串口与单片机连接,输入字符;输出设备是超级终端和12864的液晶。scanf从串口读入字符,printf输出字符到串口和液晶。
    有关串口的预提信息参考:MSP430程序库<二>UART异步串口
    有关液晶的具体信息参考:MSP430程序库<三>12864液晶程序库
    scanf还可以从按键读取信息,可以参考移置方法自行移置。
  • 程序实现:
    • printf
      单片机在调用printf时,printf是负责将数据解析成ASCII码流,通过调用putchar函数依次将字符发出。如果在putchar内编写从串口发送一字节数据,则printf的结果将从单片机串口发送出;如果putchar是向液晶写字符,让液晶显示一个字符,则printf的结果将显示在液晶上。本程序实现putchar同时向串口和液晶同时发送一个字符(液晶是显示一个字符)。
      putchar函数如下:
      int putchar(int ch){    putchar2Com(ch);    putchar2Lcd(ch);    return (ch);}
      程序先向串口发送一个字符,然后像向晶发送字符。
      其中:putchar2Com,向串口发送一个字符,代码如下:
      int putchar2Com(int ch){    if (ch == '\n')           //  '\n'(回车)扩展成 '\n''\r' (回车+换行)     {        UartWriteChar('\r') ;   //0x0d 换行    }    UartWriteChar(ch);        //从串口发出数据      return (ch);}
      代码仅仅调用向串口写字符的函数UartWriteChar(ch)(详见Uart.c,在<二>中有介绍),当要输出换行时,需先输出’\n’将光标移至本行首位置,还需要’\r’(换行)才能将光标置于下一行起始位置,即将’\n’扩展为’\r’,’\n’两个字节依次发出。
      purchar2Lcd函数比较复杂,因为我所使用的12864液晶是中文字库的液晶,每行8个地址,可以显示8个中文字符或16个英文字符,而putchar只发出一个字节,需要判断每个地址的前半字还是后半字(因为每个字可以显示中文,如果中文的两个字节在相邻的两个地址上,将不会显示,或是显示乱码)。
      上代码:
      int putchar2Lcd(int ch){    char addr,dat;        if (ch == '\n')           //  '\n'(回车),换行    {        ChangeNextRow();    }    else    {        addr = LcdReadAddr();        if(ch < 0x80)        {            LcdWriteData(ch);        }        else        {            LcdWriteData(0x20);     //写入一个空字符,根据地址判断是否为前半字            if(addr == LcdReadAddr())   //前半字 从新写入ch字符            {                LcdWriteComm(addr);                LcdWriteData(ch);            }            else            {                LcdWriteComm(addr);                dat = LcdReadData();                if(dat < 0x80)           //前一个字符是英文字符                {                 LcdWriteData(0x20);                 //空格              }                LcdWriteData(ch);            }        }    }    if((addr != LcdReadAddr()) &&               //写入的是行最后位的后半字则换行       (addr==0x87 || addr==0x97 || addr==0x8F || addr==0x9F))    {        ChangeNextRow();    }    return (ch);}
      这个函数首先判断换行;然后处理其他一般字符,如果是英文字符,不用考虑前后半字,只需正常写入液晶即可;如果是中文字符,在判断是否是前半字,前半字则直接写入,后半字则判断之前写入的前半字是否是中文,是则直接写入,不是则把英文字符移入后半字,然后写入;最后判断是否到行尾,是则换行。
      程序更新为:更新日期:20110821 18:51目的是修复原来,行尾前半字为英文,再输入中文会显示乱码。int putchar2Lcd(int ch){    char addr,dat;    char changeRowFlag = 0;        if (ch == '\n')         //  '\n'(回车),换行    {        ChangeNextRow();        changeRowFlag = 1;    }    else if (ch == '\b')    // '\b' (退格)    {        BackSpace();    }    else    {        addr = LcdReadAddr();        if(ch < 0x80)        {            LcdWriteData(ch);        }        else        {            LcdWriteData(0x20);     //写入一个空字符,根据地址判断是否为前半字            if(addr == LcdReadAddr())   //前半字 从新写入ch字符            {                LcdWriteComm(addr);                LcdWriteData(ch);            }            else            {                LcdWriteComm(addr);                dat = LcdReadData();                if(dat < 0x80)           //前一个字符是英文字符                {                    LcdWriteData(0x20);                 //空格                }                if((addr != LcdReadAddr()) &&               //写入的是行最后位的后半字则换行                   (addr==0x87 || addr==0x97 || addr==0x8F || addr==0x9F))                {                    ChangeNextRow();                    changeRowFlag = 1;                }                LcdWriteData(ch);            }        }    }    if((addr != LcdReadAddr()) &&   //写入的是行最后位的后半字则换行,且未换过行       (changeRowFlag == 0) &&          (addr==0x87 || addr==0x97 || addr==0x8F || addr==0x9F))    {        ChangeNextRow();    }    return (ch);}
      前后半字判断方法如下:读液晶地址,向液晶写入一个空格,再读地址,两地址相同则是前半字,不同则是后半字。读地址函数在Lcd12864.c中,新加入函数,代码如下:
      char LcdReadAddr(){    char ch;        WaitForEnable();        CLR_RS;    SET_RW;        DATA_DIR_IN;        SET_EN;    _NOP();        ch = DATA_IN;    //读数据    CLR_EN;    DATA_DIR_OUT;        return (ch|0x80);}
      这个是读地址,ch|0x80是因为写入液晶地址首位应为1.。
      液晶中新加入两个函数,一个是上边的读地址,另外一个是读数据;作用是读取液晶当前地址处的数据,从而判断之前半字是否是中文。代码如下:
      char LcdReadData(){    char ch;        WaitForEnable();        SET_RS;    SET_RW;        DATA_DIR_IN;        SET_EN;    _NOP();        ch = DATA_IN;    //读数据    CLR_EN;    DATA_DIR_OUT;        return ch;}
      另外 putchar还调用了换行——ChangeNextRow函数,完成液晶输出换至下一行。
      代码如下:
      void ChangeNextRow(){    char addr;        addr = LcdReadAddr();       //当前地址    if(addr <= 0x88)    {        LcdWriteComm(0x90);    }    else if(addr <= 0x90)    {        LcdWriteComm(0x98);    }    else if(addr <= 0x98)    {        LcdWriteComm(0x88);    }    else    {        AddNewline();           //添加行,同时向上滚动        LcdWriteComm(0x98);    }}
      读取当前地址,判断在哪一行,然后写入下一行首地址;如果是最后一行,则所有安徽那个向上移,写入最后一行首地址。
      AddNewLine函数完成所有行向上滚动一行,然后地址定位至最后一行。
      代码如下:
      void AddNewline(){    char str[17];    str[16] = 0;        //第二行 移至第一行    LcdWriteComm(0x90);    LcdReadData();              //空读取    for(int i = 0;i<16;i++)    {        str = LcdReadData();    }    LcdWriteString(0x80,str);        //第三行 移至第二行    LcdWriteComm(0x88);    LcdReadData();    for(int i = 0;i<16;i++)    {        str = LcdReadData();    }    LcdWriteString(0x90,str);        //第四行 移至第三行    LcdWriteComm(0x98);    LcdReadData();    for(int i = 0;i<16;i++)    {        str = LcdReadData();    }    LcdWriteString(0x88,str);        //第四行 空白    LcdWriteString(0x98,"                ");    //十六个空格}
      读出下一行数据,写入上一行,最后一行写入空格即可。
      到此putchar函数全部完成,printf移植的程序部分完成,使用方法详见使用示例。
    • scanf
      scanf和printf类似,其只负责格式化输入的字符,字符来源是从getchar函数获取;同样,在使用scanf函数之前,要针对字符输入源自行编写getchar函数
      最简getchar:
      int getchar(){    return (putchar(UartReadChar()));}
      这是最简单的getchar函数,直接调用读取字符函数,输出并返回。
      但是人的输入过程会偶尔犯错误的,为了支持退格键等,需要开辟一个缓存区。
      详细代码如下:
      #define LINE_LENGTH 80          //行缓冲区大小,决定每行最多输入的字符数/*标准终端设备中,特殊ASCII码定义,请勿修改*/#define InBACKSP 0x08           //ASCII  <--  (退格键)#define InDELETE 0x7F           //ASCII <DEL> (DEL 键)#define InEOL '\r'              //ASCII <CR>  (回车键)#define InSKIP '\3'             //ASCII control-C#define InEOF '\x1A'            //ASCII control-Z#define OutDELETE "\x8 \x8"     //VT100 backspace and clear#define OutSKIP "^C\n"          //^C and new line#define OutEOF "^Z"             //^Z and return EOFint getchar(){    static char inBuffer[LINE_LENGTH + 2];      //Where to put chars    static char ptr;                            //Pointer in buffer    char c;        while(1)    {        if(inBuffer[ptr])                       //如果缓冲区有字符            return (inBuffer[ptr++]);           //则逐个返回字符        ptr = 0;                                //直到发送完毕,缓冲区指针归零        while(1)                                //缓冲区没有字符,则等待字符输入        {            c = UartReadChar();                 //等待接收一个字符            if(c == InEOF && !ptr)              //==EOF==  Ctrl+Z             {                                   //只有在未入其他字符时才有效                printf(OutEOF);                 //终端显示EOF符                return EOF;                     //返回 EOF(-1)            }            if(c==InDELETE || c==InBACKSP)      //==退格或删除键==            {                if(ptr)                         //缓冲区有值                {                    ptr--;                      //从缓冲区移除一个字符                    printf(OutDELETE);          //同时显示也删掉一个字符                }            }            else if(c == InSKIP)                //==取消键 Ctrl+C ==            {                printf(OutSKIP);                //终端显示跳至下一行                ptr = LINE_LENGTH + 1;          //==0 结束符==                break;            }            else if(c == InEOL)                 //== '\r' 回车==            {                putchar(inBuffer[ptr++] = '\n');//终端换行                inBuffer[ptr] = 0;              //末尾添加结束符(NULL)                ptr = 0;                        //指针清空                break;            }            else if(ptr < LINE_LENGTH)          //== 正常字符 ==            {                if(c >= ' ')                    //删除 0x20以下字符                {                    //存入缓冲区                    putchar(inBuffer[ptr++] = c);                }            }            else                                //缓冲区已满            {                putchar('\7');                  //== 0x07 蜂鸣符,PC回响一声            }        }    }}
      注释已经很详细了,这里不再详细解释。
      scanf的移植程序部分已经完成,如果需要从键盘读入字符,可以仿照上述函数写getchar函数。具体使用和设置见使用示例。
      另外,iar的安装文件夹下,430文件夹下有一个src文件夹,lib/clib文件夹下(我的具体文件夹是:D:\Program Files\IAR Systems\Embedded Workbench 6.0 Evaluation\430\src\lib\clib\getchar.c),有一个getchar.c文件,这是getchar的函数,内容如下:
      #include "stdio.h"extern char _low_level_get(void);       /* Read one char from I/O */                                        /* Should be supplied by user */static void put_message(char *s){  while (*s)    putchar(*s++);}#define LINE_LENGTH 80          /* Change if you need */#define In_DELETE 0x7F          /* ASCII <DEL> */#define In_EOL '\r'             /* ASCII <CR> */#define In_SKIP '\3'            /* ASCII control-C */#define In_EOF '\x1A'           /* ASCII control-Z */#define Out_DELETE "\x8 \x8"    /* VT100 backspace and clear */#define Out_SKIP "^C\n"         /* ^C and new line */#define Out_EOF "^Z"            /* ^Z and return EOF */int getchar(void){  static char io_buffer[LINE_LENGTH + 2];     /* Where to put chars */  static int ptr;                             /* Pointer in buffer */  char c;  for (;;)  {    if (io_buffer[ptr])      return (io_buffer[ptr++]);    ptr = 0;    for (;;)    {      if ((c = _low_level_get()) == In_EOF && !ptr)      {        put_message(Out_EOF);        return EOF;      }      if (c == In_DELETE)      {        if (ptr)        {          ptr--;          put_message(Out_DELETE);        }      }      else if (c == In_SKIP)      {        put_message(Out_SKIP);        ptr = LINE_LENGTH + 1;  /* Where there always is a zero... */        break;      }      else if (c == In_EOL)      {        putchar(io_buffer[ptr++] = '\n');        io_buffer[ptr] = 0;        ptr = 0;        break;      }      else if (ptr < LINE_LENGTH)      {        if (c >= ' ')        {          putchar(io_buffer[ptr++] = c);        }      }      else      {        putchar('\7');      }    }  }}
      _low_level_get(void); 这个函数需用户定义,不过这个getchar函数不支持退格键,可以更改以支持;_low_level_get(void);这个函数可以直接调用UartReadChar();这个函数,使用时,把getchar.c加入项目,同时在项目中添加_low_level_get(void);函数,函数体只有一句:return UartReadChar();即可。


  • 程序调用示例:
    程序使用方式,项目中添加printf.c文件和scanf.c文件(用printf函数则加printf.c文件,用scanf函数就添加scanf.c文件),在要使用函数的地方包含stdio.h(编译器自带库——标准输入输出库)
    还要设置使用库和printf的大小:
    如果不进行这项设置,使用scanf时将报错:
    Error[e27]: Entry "getchar" in module Scanf ( G:\work\程序库\Printf\Debug\Obj\Scanf.r43 ) redefined in module ?getchar ( D:\Program Files\IAR Systems\Embedded;用的是C语言,这里选择CLIB。
    然后设置库选项:
    这里选择大尺寸,目的是支持所有的格式,因为所用单片机有64kb的程序存储空间,足够使用,如果程序存储空间不够大,推荐选择中尺寸或小尺寸。大尺寸printf占用空间 4.8kb、scanf :2.3kb,中尺寸 printf:2.5kb、scanf:1.6kb,小尺寸 printf:1.6kb。实际使用时根据需要进行选择。
    同时要加入Lcd12864的使用(c文件,h文件(要调用lcd12864的初始化函数))Uart和液晶一样要调用初始化函数。
    #include <msp430x16x.h>#include <stdio.h>#include "Uart.h"#include "Lcd12864.h"
    头文件包含。
    void main( void ){    // Stop watchdog timer to prevent time out reset    WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;    ClkInit();    LcdInit();    UartInit(38400,'n',8,1);//串口初始化,设置成38400bps,无校验,8位数据,1位停止    //int a;    _EINT();    //scanf("%d",&a);    //printf("刘中原%d\n",a);    printf("刘中原%f\n",23.6);    printf("刘中原%1.2f\n",23.6);}
    使用时,先调用液晶和串口的初始化函数,然后开中断;就可以正常的调用scanf和printf函数了。


至此,printf和scanf的移植全部完成,使用这两个函数将给单片机的输入输出带来极大方便。另外,Lcd12864的液晶使用是4行显示,空间较小,可能需要定位至具体位置,以使界面看起来更合理,为此,在Printf中再添加一个定位函数(GotoXY):
void GotoXY(char x,char y){    char addr;        if(y==0)    {        addr = 0x80 + x / 2;    }    else if(y==1)    {        addr = 0x90 + x / 2;    }    else if(y==2)    {        addr = 0x88 + x / 2;    }    else    {        addr = 0x98 + x / 2;    }    LcdWriteComm(addr);    if(x % 2)                   //是奇数,后移一位(写入空格)    {        LcdWriteData(0x20);    }}



这样就方便了液晶程序的编写。
又加入一个函数,在printf.c里,目的是支持退格键,内容如下:
void BackSpace(){    char addr,dat;        addr = LcdReadAddr();       //当前地址    LcdWriteData(0x20);         //写入一个空字符,根据地址判断是否为前半字    if(addr == LcdReadAddr())   //前半字    {        if(addr == 0x80)            return;        else if(addr == 0x90)            addr = 0x87;        else if(addr == 0x88)            addr = 0x97;        else if(addr == 0x98)            addr = 0x8F;        else             addr = addr - 1;               LcdWriteComm(addr);        LcdReadData();          //空读取        dat = LcdReadData();        LcdWriteComm(addr);        if(dat < 0x80)            LcdWriteData(dat);    }    else    {        LcdWriteComm(addr);    }}
退格完成功能:仅仅地址向前退一格,详细见源程序。
printf和scanf移植全部完成,欢迎大家使用;有什么不足之处,欢迎提出意见或是建议;多谢大家支持啦。

作者:给我一杯酒

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